专利名称：裸眼可视立体图像液晶光栅分时显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动立体图像显示技术领域(Autostereoscopic Display)， 具体是指裸眼可视立体图像液晶光栅分时显示装置。
背景技术：
目前，在自动立体图像显示技术领域出现了一种称为裸眼可视立体图像显 示法。所谓的裸眼可视立体图像显示法，就是指不用配戴特殊的工具(例如特 殊眼镜和头盔)就可以观看到立体图像。裸眼可视立体图像显示方法的基本原 理是利用一张特殊的图片，在这张特殊的图片上所有奇数线列用来表示一幅右 眼图，所有偶数线列用来表示一幅左眼图，在某个设定的位置上透过光栅，右 眼正好能看到图上的所有奇数行列，左眼正好能看到图上的所有偶数行列，也 即是右眼正好看到右眼图、左眼正好看到左眼图，这样我们就能够直观地看到 一个立体图像。由于人体左右眼是分别观看左眼图、右眼图，因此立体电影和 立体图像不能长时间观看，否则会使眼睛产生生理性疲劳而受到伤害。
在专利号为ZL200620054516.5的中国实用新型中公开了一种裸眼可视液 晶快门光筛立体图像显示装置，该裸眼可视液晶快门光筛立体图像显示装置的 显示器会因为图像屏和光筛屏的点素距离耦合而产生严重的光干涉现象，从而 使得显示器不能正常工作，会影响到正常的观看效果。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有技术的不足，提供一种不仅可以克服因点 素距离耦合而产生的光干涉现象，而且还可以将整个显示器水平或垂直放置的 裸眼可视立体图像液晶光栅分时显示装置。
本发明的目的通过下述技术方案实现裸眼可视立体图像液晶光栅分时显 示装置，包括显示器及设置有作图卡的PC主机，所述的显示器包括图像屏及 光栅屏，所述的图像屏及光栅屏均与作图卡相连，所述图像屏的X轴与光栅 屏的X轴成一个夹角a，所述夹角a的取值范围为0。《a《90。。 所述a的数值由图像屏的点距T和光栅屏的点距P (pitch)决定，当T、
P的最大公约数等于l时，此时的3=0°或a=90°;当0。<3<90。时，T/sina和
P之间的最大公约数等于1。
所述的图像屏为各种电视机显示器或电脑的监视器，包括CRT、 LCD、
PDP、 ELD、 FED。
所述的显示器水平放置或垂直放置。
所述的光栅屏为撤去背光的液晶显示器用的液晶面板。
所述的光栅屏设置在图像屏的前方或后方，且光栅屏的平面与图像屏的平
面相互平行。
所述的光栅屏与图像屏之间的间距为0mm 100mm。 本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果
(1) 本发明的光栅屏和图像屏可以设计成0到90度之间的任意夹角，a 的数值由图像屏的点距T和光栅屏的点距P决定，从而解决了因为现有技术 中图像屏和光筛屏的点素距离耦合而产生严重光干涉现象的缺陷，使显示器正 常工作，确保裸眼观看立体图像的较好效果；
(2) 本发明的显示器可以水平放置或垂直放置，使人们双眼观看2D图 像或3D立体图像时，都能达到较好的观看效果；
(3) 本发明的光栅屏可以设置在图像屏前方或后方，该光栅屏放置在图 像屏的后方同光栅屏放置于图像屏前方相比，所生成的立体图像更加突出显示 屏外，观看效果更好。
图1为本发明的结构示意图2、图3为本发明的光栅屏光栅线阵原理示意图4、图5为本发明的区域投影法原理图6、图7为本发明的投影点坐标计算原理图8为本发明的复现立体图像原理图9为本发明产生多个记录单元的算法流程图10为本发明的光栅屏与图像屏之间成某个角度的配置示意图11、图12为光栅屏放置在图像屏后方的投影点坐标计算原理图13表示本发明的显示屏水平放置的示意图14表示本发明的显示屏垂直放置的示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施 方式不限于此。
如图1所示，裸眼可视立体图像液晶光栅分时显示装置，包括显示器、设
置有作图卡的PC主机1、图像屏2以及光栅屏3。图像屏2及光栅屏3分别 与PC主机1上的作图卡相连接。所述的作图卡为通用的电脑图形处理卡，能
把两帧图形同步显示在光栅屏和图像屏上。该作图卡能通过三维物体扫描仪器 或人工设计，获取包括表示物体表面形状的所有点的三维坐标及其颜色和灰度 的立体图像的三维模型数据。所述的三维物体扫描仪器包括激光三维物体扫描
器、医疗设备X-CT、 RMI、 B超声波仪、工程测量仪器；所述的人工设计是 指使用图形软件例如3DS MAX、 MAYA等进行立体图像制作。
所述的图像屏则可以是具有自发光或具有照明系统的各种类型的电视机 或电脑的监视器，包括CRT、 LCD、 PDP、 ELD、 FED等。所述的光栅屏则 为撤去背光源的液晶显示器的液晶板。光栅屏与图像屏之间的间距为 0mm 100mm。
如图2、 3所示，作图卡能在光栅屏3上显示出一个光栅图，该光栅图由 可以透光的等间隔并相互平行的直线4 (称为光栅线)组成，且其与水平方向 垂直，该光栅图也称为光栅线阵。该光栅线阵的几何性质可以用光栅数据 B[G(M)， PH(I)]来描述，其中G(M)表示光栅线阵的密度，M表示光栅线阵在 X方向上的线间相隔的点素数目，PH(I)表示光栅线阵的相位，I表示在X方向 上光栅线阵整体被平移的点素数目。图2为表示光栅屏3上每隔5个点素显示 一条光栅线4时的情形，此时每相邻两条光栅线4之间的点素目为M=5、 1=0， 则该光栅线阵的密度为G(5)，光栅线阵的相位为PH(O)。图3则表示5个顺序 显示在光栅屏3上的光栅线阵的不同相位情形。5个光栅线阵的密度均为G(5)， 但是光栅线阵的相位分别为PH(O)、 PH(l)、 PH(2)、 PH(3)、 PH(4)。
如图4所示，把一个立体图像6透过光栅屏3的每一条光栅线4投影到 图像屏2上，如果不加限制地把整个立体图像对着每条光栅线4进行投影，投 影图将会在图像屏2上互相重叠，不能产生正确的图像。为了能正确的显示图 像，需要利用区域投影法来进行处理，如图5所示，所述的区域投影法就是相 对光栅屏3上的光栅线4，在图像屏2上划分出记录区间a、 b、 c、 d、 e、 f......，
在光栅屏3的前方划分出相应的投影空间A、 B、 C、 D、 E、 F......。所述的
记录区间是以光栅屏3上打开的光栅线4为中心线，在图像屏2上以相邻光栅 线间距T为宽度划定的矩形。所述的投影空间是指处在光栅屏前方，以光栅 线4为顶边的三棱柱形空间。处于A投影空间内的立体图像6的三维模型数 据点都能透过光栅线4投影在相应的a记录区间里，处于B投影空间内的立 体图像6的三维模型数据点都能透过光栅线投影在相应的b记录区间里，其余 类推。电脑逐点计算每个三维模型数据点穿过光栅线后在图像屏2的投影点参 数，记录下投影点的座标(Xb、 Yb)及其对应的颜色Col、灰度L，从而把上述 立体图像分区间记录下来，得到连续视差图像数据W[Xb， Yb， L， Col]。
如图6、 7所示，投影点的座标(Xb、 Yb)的计算原理为首先假定空间中 有一个光点A， A光点产生在图像屏2上的投影点Al、 A2的Xb值可以由下 方程式表示Xb=X3-(Xa-X3)*Z0/(Za-Z0)，其中
Xa:点A的X坐标；
X3:编号3的光栅线的X坐标；
Za:点A到图像屏的距离；
Z0:光栅屏和图像屏之间的距离；
Xb:点A在图像屏上投影点Al、 A2的X坐标。
Yb:点A在图像屏上的投影点Al、 A2的Y坐标，Yb=Ya;
Ya:点A的Y坐标。
通过电脑作图在光栅屏3上得到光栅图B[G(M)、 PH(I)]。然后采用区域 投影法对应光栅图B[G(M)、 PH(I)]，把立体图像分区间计算，得到连续视差 图像数据W[Xb， Yb， L， Col]。光栅图B和连续视差图W组成立体图像的记 录单元p，记为p(W[Xb， Yb， L， Col]、 B[G(M)、 PH(I)]}。
如图8所示，把一个记录单元中的数据输入到PC主机1中，通过作图卡 把记录单元p中的一幅连续视差图W显示在图像屏2上，把记录单元中一幅 光栅图B显示在光栅屏3上，图像屏2的光源7把记录区a、 b、 c、 d、 e、 f 的图像透过光栅屏3上的光栅线4映射到光栅屏3前的空间中，观看者8在光 栅屏3前面就可以看到一个复现在空间的立体图像9。
单一记录单元所能显示的立体图像的分辨率主要决定于它的光栅线阵的 密度G(M)， G(M)中的数字M越大，光栅线阵的密度就越小，复现的立体图 像的分辨率越差,相反则反之。为了提高立体图像的分辨率，则需要运用多组
记录分时法显示立体图像。所谓的多组记录分时显示方法就是指需要预先制作 多组记录单元，令相邻单元中的光栅图的光栅线阵相位相差一条光栅线的位 置，然后通过作图卡将各个记录单元按照排列序号循序高速显示，也就是把各 个记录单元中的光栅图和连续视差图同步地分别显示在光栅屏和图像屏上，多 个记录单元生成的立体图像循序高速交替显示，利用眼睛的残留视觉效应，观 看着就可以在光栅屏前面看到高分辨率的立体图像。
如图9是通过计算机产生多个记录单元的算法流程图，通过设定p个相位
不同的光栅点阵，依据上述图6、图7对投影点的座标(Xb、 Yb)的计算原理，
产生p个记录单元。
例如
取p二5产生5个记录单元，各个光栅线阵的密度是相同的，分别是
Gl(5)G2(5) G3(5) G4(5) G5(5) 但是各个光栅线阵的相位是不相同，分别为-PHl(O) PH2(1) PH3(2) PH4(3) PH5(4)
从而得出5个相位不同光栅图B:
B1[G1(5)、 PH卿 B2[G2(5)、 PH2(1)] B3[G3(5)、 PH3(2)] B4[G4(5)、 PH4(3)] B5[G5(5)、 PH5(4)]
对应5个光栅图得出5个相应的连续视差图W:
W1[X，Y,L，Col]
W2[X，Y，L，Col]
W3[X，Y，L，Col]
W4[X，Y，L，Col]
W5[X，Y，L，Col]
5个光栅图B和5个连续视差图W分别组成5个记录单元p，其包括:
记录pUwi[x，Y，L，Col]、B1[G1(5)、PH1卿
记录p2(W2[X，Y，L，Col]、B2[G2(5)、PH2(1)]}
记录p3《W3[X，Y，L，Col]、B3[G3(5)、PH3(2)]}
记录p4(W4[X，Y，L，Col]、B4[G4(5)、PH4(3)]}
7
记录p5(W4[X， Y， L， Col]、 B4[G4(5)、 PH4(4)]}
PC主机通过作图卡将5个记录单元p按照排列序号高速显示，即5个记 录单元的光栅图B1， B2， B3， B4， B5和连续视差图Wl， W2， W3， W4，
W5按照排列序号同步地分别显示在光栅屏和图像屏上，当每个记录单元显示 的时间《0.02秒时，利用眼睛的残留视觉效应，5个记录单元生成的立体图像 互相补充，观看者就可以在光栅屏前面看到分辨率和光栅屏解像度相同的立体 图像。
如果记录单元数目p为其它数目，则需要每个记录单元显示的时间《 (0.1/p)秒，也就是要求本显示装置的图像屏和光栅屏的帧频率高于(p/0.1)Hz, 观看者才能在光栅屏前面看到分辨率和光栅屏解像度相同的立体图像。
如图IO所示，图像屏2的X轴与光栅屏3的X轴之间可以互成一个夹角 a，夹角a的取值范围为O。《a《90°。该a的数值由图像屏的点距T和光栅屏 的点距P决定(假定图像屏的点距为T，光栅屏的点距为P)。从光干涉原理 可以知道当T和P的最大公约数大于1时，两个屏前后放置将会发生彩虹千 涉而不能使用。其解决的办法l是特殊制作两个屏，令其T、 P的最大公约数 等于l，此时a^0。或3=90° ;其解决方法2是令两个屏的X轴成某一个交角 a，使a满足以下条件T/sin(a)和P之间的最大公约数等于1。
例如当T:P时，令3=45°贝U T/sin(45°)/P=1.414......。
图11、图12表示光栅屏3放置在图像屏2后方的投影点坐标计算原理图。 其计算方法与图6、图7的计算方法相同。该光栅屏放置在图像屏的后方同光 栅屏放置于图像屏前方相比，该种放置方式所生成的立体图像更加突出显示屏
图13给出了显示器以水平方向放置时的情况，图14给出了显示器以垂直 方向放置时的情况。通常的显示器屏幕都呈长方形，长边Wx，短边Wy，通 常Wx大于Wy。在观看2D图像时宽边成水平放置有利于观看，而在观看3D 立体图形时则不利于观看，因为人们双眼的立体感是在双眼的正前方最为灵
敏，因此本发明的显示器也可以垂直放置；当显示器垂直放置时，由于光栅屏 同时变为垂直放置，PC主机控制作图卡使光栅线阵与水平方向垂直。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、裸眼可视立体图像液晶光栅分时显示装置，包括显示器及设置有作图卡的PC主机，其特征在于，所述的显示器包括图像屏及光栅屏，所述的图像屏及光栅屏均与作图卡相连，所述图像屏的X轴与光栅屏的X轴成一个夹角a，所述夹角a的取值范围为0°≤a≤90°。
2、 根据权利要求l所述的裸眼可视立体图像液晶光栅分时显示装置，其特 征在于，所述a的数值由图像屏的点距T和光栅屏的点距P决定，当aK)。或a=90° 时，T、 P的最大公约数等于1;当0°<&<90。时，T/sina和P之间的最大公约 数等于l。
3、 根据权利要求l所述的裸眼可视立休图像液晶光栅分时显示装置，其特 征在于，所述的图像屏为电视机显不器或电脑的监视器，包括CRT、 LCD、 PDP、 EIJX FED。
4、 根据权利要求l所述的裸眼可视立体图像液晶光栅分时显示装置，其特 征在于，所述的显示器水平放置或垂直放置。
5、 根据权利要求1所述的裸眼可视立体图像液晶光栅分时显示装置，其特 征在于，所述的光栅屏为撤去背光的液晶显示器用的液晶面板。
6、 根据权利要求l所述的裸眼卩」-视立体图像液晶光栅分时显示装置，其特 征在于，所述的光栅屏设置在图像屏的前方或后方，且光栅屏的平面与图像屏 的平面相互平行。
7、 根据权利要求l所述的裸眼可视立体图像液晶光栅分时显示装置，其特 征在于，所述的光栅屏与图像屏之间的间距为Omm 100mm。
全文摘要
本发明提供裸眼可视立体图像液晶光栅分时显示装置，包括显示器及设置有作图卡的PC主机，显示器包括图像屏及光栅屏，图像屏及光栅屏均与作图卡相连，图像屏的X轴与光栅屏的X轴成一个夹角a，夹角a的取值范围为0°≤a≤90°。本发明在满足裸眼观看立体图像的同时，解决了因为现有技术中图像屏和光筛屏的点素距离耦合而产生严重光干涉现象的缺陷，使显示器正常工作，确保裸眼观看立体图像的较好效果；且本装置应用领域广，可适用于观看2D/3D图像。
文档编号G02B27/22GK101169518SQ20071003142
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者张凯明, 张昭虹 申请人:张凯明;张昭虹